【汇编语言】外中断(一)—— 外中断的魔法:PC机键盘如何触发计算机响应-LMLPHP

前言

1. 背景介绍

以前我们讨论的都是CPU对指令的执行。我们知道,CPU 在计算机系统中,除了能够执行指令,进行运算以外,还应该能够对外部设备进行控制,接收它们的输入,向它们进行输出。

比如,我们按下键盘上的一个键,CPU最终要能够处理这个键。在使用文本编辑器时,按下a键后,我们可以看到屏幕上出现“a”,是CPU将从键盘上输入的键所对应的字符送到显示器上的。

要及时处理外设的输入,显然需要解决两个问题:

(1)外设的输入随时可能发生,CPU如何得知?

(2)CPU 从何处得到外设的输入?

我们以键盘输入为例,讨论这两个问题。

2. 接口芯片和端口

前面我们讲过,在PC 系统的接口卡和主板上,装有各种接口芯片。这些外设接口芯片的内部有若干寄存器,。

  • 外设的输入不直接送入内存和CPU ,而是送入相关的接口芯片的端口中;

  • CPU 向外设的输出也不是直接送入外设,而是先送入端口中,再由相关的芯片送到外设。

  • CPU 还可以向外设输出控制命令,而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中,然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。

3. 外中断信息

3.1 什么是外中断信息

现在,我们知道了外设的输入被存放在端口中,可是外设的输入随时都有可能到达,CPU 如何及时地知道,并进行处理呢?

更一般地讲,就是外设随时都可能发生需要CPU及时处理的事件,CPU如何及时得知并进行处理?

前面讲过,当CPU的内部有需要处理的事情发生的时候,将产生中断信息,引发中断过程。这种中断信息来自CPU的内部。

还有一种中断信息,来自于CPU外部,当CPU外部有需要处理的事情发生的时候,比如说,外设的输入到达,相关芯片将向CPU发出相应的中断信息。CPU在执行完当前指令后,可以检测到发送过来的中断信息,引发中断过程,处理外设的输入。

3.2 外中断源的分类

在PC系统中,外中断源一共有以下两类。

3.2.1 可屏蔽中断

3.2.1.1 什么是可屏蔽中断?

CPU是否响应可屏蔽中断,要看标志寄存器的IF位的设置。当CPU检测到可屏蔽中断信息时:

  • 如果IF=1,则CPU 在执行完当前指令后响应中断,引发中断过程;

  • 如果IF=0,则不响应可屏蔽中断。

3.2.1.2 可屏蔽中断的处理过程

我们回忆一下内中断所引发的中断过程:

(1)取中断类型码n;

(2)标志寄存器入栈,IF=0,TF=0;

(3)CS、IP 入栈;

(4)(IP)=(n*4),(CS)=(n*4+2)

由此转去执行中断处理程序。

可屏蔽中断所引发的中断过程 ,。

因为可屏蔽中断信息来自于CPU外部,;而内中断的中断类型码是在CPU内部产生的。

3.2.2 不可屏蔽中断

3.2.2.1 什么是不可屏蔽中断?

当CPU 检测到不可屏蔽中断信息时,则在执行完当前指令后,,引发中断过程。

3.2.2.2 不可屏蔽中断的处理过程

对于8086CPU 不可屏蔽中断的。所以中断过程中,不需要取中断类型码。

不可屏蔽中断的中断过程:

  1. 标志寄存器入栈,IF=0,TF=0;

  2. CS、IP入栈;

  3. (IP)=(8),(CS)=(0AH)。

几乎所有由外设引发的外中断,都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件(比如说键盘输入)发生时,相关芯片向CPU 发出可屏蔽中断信息。

不可屏蔽中断是在系统中有必须处理的紧急情况发生时用来通知CPU的中断信息。

在我们的内容中,主要讨论可屏蔽中断。

4. PC 机键盘的处理过程

下面我们看一下键盘输入的处理过程,并以此来体会一下PC机处理外设输入的基本方法。

4.1 键盘输入

键盘上的每一个键相当于一个开关,键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。

  • 按下一个键时,开关接通,,扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中,该寄存器的端口地址为60H 。

  • 松开按下的键时,也产生一个扫描码,扫描码说明了松开的键在键盘上的位置。松开按键时产生的扫描码也被送入60H 端口中。

扫描码长度为一个字节,通码的第 7 位为 0 ,断码的第7位为1,即:断码 = 通码+80H。

比如:g键的通码为22H,断码为a2H。

下表是键盘上部分键的扫描码,只列出通码。

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4.2 引发9号中断

键盘的输入到达 60h端口时,相关的芯片就会向CPU发出中断类型码为9的可屏蔽中断信息。

CPU 检测到该中断信息后,,则响应中断,引发中断过程,转去执行 int9 中断例程。

4.3 执行int 9中断例程

4.3.1 主要过程

BIOS 提供了int 9中断例程,用来进行基木的键盘输入处理,主要的工作如下:

(1)读出60H 端口中的扫描码;

(2)如果是字符键的扫描码,将该扫描码和它所对应的字符码()送入内存中的 BIOS 键盘缓冲区;如果是控制键(比如 Ctrl)和切换键(比如 CapsLock)的扫描码,则将其转变为状态字节(用二进制位记录控制键和切换键状态的字节)写入内存中存储状态字节的单元;

(3)对键盘系统进行相关的控制,比如说,向相关芯片发出应答信息。

4.3.2 补充说明

BIOS键盘缓冲区是系统启动后,BIOS用于存放int 9 中断例程所接收的键盘输入的内存区。该内存区可以存储 15 个键盘输入,因为 int 9 中断例程除了接收扫描码外,还要产生和扫描码对应的字符码,所以在BIOS键盘缓冲区中,。

0040:17 单元存储键盘状态字节,该字节记录了控制键和切换键的状态。

键盘状态字节各位记录的信息如下:

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结语

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